基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法

针对实际工况下结构可靠性影响因素复杂多样的特点,提出一种基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法。首先,融合最优多项式响应面函数与Sobol’灵敏度算法,推导出兼顾多影响因素局部与全局灵敏度分析的响应面修正灵敏度模型。并在此基础上,结合耦合因素的试验设计与极差验证、多体动力学分析、结构静力学分析,建立一种结构可靠性影响因素的灵敏度量化分析方法。最后,以典型收割机结构为分析对象对提出方法进行实例研究,研究结果表明脱粒滚筒转速对结构可靠性的灵敏度影响最大,粮仓负载的影响最小,其平均预测精度为97.36%,提出的方法可以实现多种耦合影响因素的灵敏度精确分析,从而为结构可靠性影响因素评估提供了一种思路。     

考虑模型偏差的结构动力学模型修正

针对结构有限元模型修正后仍可能存在模型偏差的问题,提出用待修正参数的不确定性来表征模型偏差的有限元模型修正方法。首先,基于响应面方法识别得到待修正参数的最优值,并通过计算结果与试验结果比较获得模型偏差;然后,基于响应面模型并结合灵敏度分析计算得到模型偏差对待修正参数的影响,从而得到考虑模型偏差后待修正参数的区间;最后,通过一个悬臂梁工程实例的模型修正,验证了笔者所提出方法的可行性。结果表明,考虑模型偏差的修正可以提高模型可靠性。     

改进响应面法在身管可靠性优化中的应用

以某速射武器的身管为研究对象,对其烧蚀寿命进行可靠性优化设计,采用改进的响应面模型作为身管烧蚀寿命代理模型。结合遗传算法和高斯牛顿法进行响应面公式参数的拟合。首先用遗传算法求出参数初值,然后高斯牛顿法从这组初值出发迭代搜索响应面模型参数的最优解,最后以得到的响应面模型作为身管烧蚀寿命优化的功能函数进行可靠性优化。该方法充分利用了遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法精确的局部寻优能力的优点。结果表明,该方法得出的响应面模型的精度较高,以响应面模型代替有限元模型进行可靠性优化更为方便快捷。     

逆响应面法用于磨机传动系统的模型修正

为了获得机械结构的精确模型,采用以逆响应面的有限元模型修正理论为基础的方法。逆响应面法直接拟合出设计参数（密度、弹性模量等）关于特征参数（固有频率等）的显式表达式,以特征参数目标值带入逆响应面函数得到修正后的设计参数值,相较于响应面法,无需迭代寻优,减少计算工作量。以齿轮轴和磨机传动轴为例,实现了以逆响应面法为基础的有限元模型修正,并计算修正前后模态频率误差,结果显示：逆响应面法模型修正效果较优于响应面法,进而验证了逆响应面法在机械结构动力学特性分析中的有效性。     

信息融合与响应面联合的渡槽结构模型修正

针对大型渡槽损伤诊断研究中有限元模型精度问题,提出一种基于信息融合与响应面法(response surface method,简称RSM)的有限元模型修正方法,能够兼顾优化目标和参数优化两个环节。以某灌区渡槽为研究对象,建立初始有限元模型,采用试验设计方法构建待修正参数与特征频率的设计空间,经过参数筛选后建立设计样本的响应面模型;引入自适应噪声的完整集成经验模态分解和奇异值分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise-singular value decompose,简称CEEMDAN-SVD)降噪方法联合方差贡献率数据级融合算法,对正常运行工况下覆盖三跨槽身振测信号进行多通道融合处理以获取完整有效的实测频率,并以此为目标值对响应面模型进行最优化求解,实现多跨渡槽有限元模型的参数优化。结果表明,修正后的有限元模型计算出的频率与实测频率吻合较好,最大误差为-4.38%,有效解决了大型渡槽结构有限元模型的精度问题,为后续结构损伤诊断等仿真研究提供基准模型。     

结构可靠性分析的响应面方法比较研究

针对隐性功能函数下结构可靠性分析问题,将有限元数值分析(FEM)、响应面方法(RSM)和蒙特卡洛随机模拟(MCS)相结合,实现了隐性功能函数下结构可靠度的计算,其中响应面方法包括多项式响应面法(MRSM)和神经网络响应面法(ANN).以简支梁为例,阐明了该方法的具体实现过程,并以直接MonteCarlo模拟法计算结果作为相对精确解,对不同响应面法支持下的FEM-MRSM-MCS和FEM-ANN-MCS的计算结果进行了对比分析,得出两种响应面法均可满足工程要求,但在泛化能力和精度方面,神经网络响应面均优于多项式响应面,且神经网络响应面可以一次实现从多维空间向另一多维空间的映射,为多失效模式下隐性功能函数下复杂结构的可靠性分析提供了新的思路.     

响应面法用于磨机传动系统扭转振动模型修正

大型设备传动系统的扭转振动影响系统的正常工作,严重时会导致系统损坏,避免共振是缓解扭转振动的有效手段,针对此问题,以某大型磨机设备为研究对象,建立以响应面法的有限元模型修正理论为基础的方法。通过扭转振动分析,经显著参数筛选,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数,对传动系统有限元模型可能存在的误差进行修正。在获得较精确模型的基础上,对其传动系统进行了基于响应面的优化设计,调整系统的模态频率,使其有效避开了系统的工作频率,实现了传动系统的优化,表明以响应面法的有限元模型修正方法对传动系统设计具有参考价值。     

基于均匀试验设计的响应面方法及其在无人机一体化设计中的应用

将基于均匀设计的响应面方法引入复杂系统的优化设计中,避免了复杂系统常规设计方法计算量大,计算操作复杂的缺点,提高了计算效率。同时使试验数据均匀地分布在设计空间中,能全面反映设计对象的内在性质,为后续的回归分析提供了精度保证。将该方法用于某无人机机翼的气动、结构一体化设计,计算仿真表明了本方法的有效性。     

基于齿面Ease off拓扑的弧齿锥齿轮齿面偏差等效修正方法

为提高弧齿锥齿轮齿面修正的效率,提出了一种仅修正小轮齿面偏差的等效修正方法。通过比较实测齿面与设计齿面Ease off之间的失配值,计算出小轮齿面等效偏差。通过建立齿面等效偏差与加工参数之间的修正数学模型,反求出满足理论失配要求的小轮加工参数。实验结果表明：通过对小轮齿面偏差进行等效修正,小轮实际齿面与大轮实际齿面之间的失配值与设计值误差在5μm以内,传动误差幅值与理论值相差0.5″,实际齿面啮合结果满足理论设计要求。     

基于响应面法的数控磨床立柱热特性有限元模型修正

提出基于数控磨床立柱热变形检测与有限元模型分析相结合的一种有限元模型修正方法。将数控磨床立柱热特性位移误差与热载荷参数之间的隐形关系用显示函数近似表达出来,代替原有的有限元模型。在此基础上对有限元模型进行优化,提高有限元模型准确度。对数控磨床立柱有限元模型修正的结果表明,基于响应面模型的数控磨床立柱热特性有限元模型修正方法可以快速有效地修正模型,且修正结果精度高。     

基于通用生成函数的结构可靠性优化策略

为提高工程结构可靠性设计优化(RBDO)的求解精度,提出一种基于通用生成函数(UGF)的RBDO新方法.一方面通过系列响应面建立设计变量与概率指标的动态映射,消除传统双循环算法的内层循环;另一方面引入UGF进行可靠性分析,避开传统矩法在处理随机变量非正态、功能函数高度非线性问题时精度低或无法收敛的劣势.同时,结合非均匀...     

压气机叶型气动优化设计研究

以clark-y叶型为研究对象,选择其升阻比作为优化目标函数,采用响应面优化设计方法对其进行优化设计.首先用B样条曲线结合响应面优化方法对clark-y原始叶型进行拟合;然后利用均匀实验设计方法建立计算实验样本点分布表,用商用软件进行各样本点的CFD计算,最后建立响应面优化模型,对其进行优化设计,得到了升阻比比原始叶型升阻比高22%的优化叶型.     

一种考虑参数相关性的可靠性优化设计方法

在求解具有非线性相关性结构的可靠性设计优化问题时,现有的相关性处理方法在某些情况下可能会得到精度较低的优化结果。基于Copula函数提出了一种可靠性优化设计方法,用于求解存在非线性相关性结构的可靠性优化设计问题。该方法根据已知的样本对各备选Copula函数进行参数估计,并根据AIC准则选出最优Copula函数。根据最优Copula函数,构建联合概率分布函数,最后求解结构可靠性优化设计问题。通过两个数值算例验证了该方法的有效性,并讨论了不同Copula函数对优化结果的影响。     

设计空间差别处理优化方法及其在汽车轻量化设计中的应用

提出了一种设计空间差别处理方法,改进了传统的设计空间移除方法会移除全局最优的弱点。首先应用昂贵点构建一个逐渐缩小的重点空间,同时将在设计空间移除方法中被删除的空间定义为其他空间,然后每次迭代都应用二阶多项式响应面（QF）同时搜索这两类空间,并分别从中选取数目不同的新的昂贵点参与QF的更新和重建。该方法采用在其他空间中选择少量新的昂贵点来代替移除空间,有效地避免了局部最优的陷阱。多个标准函数算例的验证表明,新的方法具有较高的精度和效率。将该方法应用于某款车的后车架轻量化设计中,经过优化,后车架系统的质量减小了7.67kg,即整个系统质量减小了10.4%,且其刚度性能得到提高。与以前提出的混合自适应元模型方法相比,新方法的精度和效率都有显著提高。     

基于混合响应面的多目标稳健设计

在大部分的实际工程优化问题中,产品质量特性与不确定性因素的关系是未知的或复杂的。为此提出了一种基于混合响应面技术的多目标稳健优化设计。该方法首先利用多项式响应面以及神经网络构造产品质量特性的显性表达式。在考虑目标函数以及约束稳健性的前提下,结合多目标技术中模糊偏好的方法设计权重,从而得到稳健设计的精确解。该方法解决了基于近似技术的稳健设计中计算精度与计算效率之间的矛盾。通过对双杆衍架结构进行算例分析,证明了该方法的可行性。     

星点设计-效应面优化法在处方筛选和优化中的应用

介绍了星点设计-效应面优化法的基本原理和操作步骤,综述了该方法在处方筛选和优化中的实际应用,并分析了星点设计-效应面优化法与其他数据处理方法结合的设计试验,证明了其拥有很高的推广价值。     

基于序列响应面法的汽车结构件蜂群优化设计

将蜂群算法应用于汽车结构件的优化问题。先由试验设计和序列响应面法构建目标函数及约束条件的代理模型,再应用改进的蜂群算法求解最优设计。在优化过程中调用的是代理模型,显著减少了有限元计算次数,提高了优化效率。最后,选取典型实例对该算法进行验证,比较预期值与实际值的结果表明,该算法具备了足够的求解精度,能够满足工程实际要求。     

基于响应面法的蜂窝芯固有频率优化设计

对负泊松比蜂窝芯单元结构动态性能进行研究,选择蜂窝芯单元横梁长度、斜梁长度和其夹角三个参数为优化变量,运用响应面法理论模型建立了蜂窝芯单元结构前2阶固有频率近似显式数学模型;以提高蜂窝芯单元结构抗振性为研究目标,运用加权系数法将2阶固有频率模型转化为单目标问题研究,采用遗传算法对目标进行优化。参数优化结果表明,其前2阶固有频率分别提高了20%和35%,为航空航天结构应用提供了一定的参考价值。     

基于响应面法的高温高压染色机筒体壁厚优化设计

使用响应面法取代高精度工程模拟可以减少设计周期和成本,同时是解决复杂结构优化设计的有效途径。将有限元法和响应面法相结合,建立了染色机筒体壁厚与高温高压染色机最大主应力的函数表达式;并以染色机质量最轻为目标函数,对染色机筒体壁厚进行了优化设计;最后通过有限元仿真对优化结构进行了验证。优化后染色机的质量减轻了0.061 t,并且满足应力要求。结果表明,基于响应面法的染色机筒体壁厚优化设计具有很好的应用价值。     

稳健性设计的双响应面法

提出一种替代静态田口方法进行稳健性设计的方法－双响应面法。这种方法不使用田口方法中的信噪比和二步优化概念,而是直接将质量特性的均值和标准差拟合为响应曲面,然后化为约束最小问题,并用序列线性规划求解。数值算例说明该方法的有效性。